「我確信宇宙充滿了智慧生命。」-亞瑟·克拉克（Arthur C. Clarke）

開普勒衛星是人類首顆探測系外類地行星的探測器，於2009年發射升空，2018年結束生命，其一生對銀河系內近15萬顆恆星進行了探測，隨後一項新的NASA任務，苔絲2018年發射，接替開普勒正在繼續尋找系外行星。今天我們回顧下開普勒服役9年的成就，並且估計下我們銀河系內有多少顆宜居行星？

開普勒尋找系外行星的方法

開普勒望遠鏡一生只瞄準了天空的一塊區域，其中包含了銀河系中離我們最近的一個分支：密集的恆星區域。儘管開普勒只能在相對狹窄的天空中測量幾千光年之外的恆星，但它指向的這片區域大約有15萬顆恆星。

開普勒可以測量每個恆星個體的光總量，因此它可以測量恆星光度的可變性、振蕩、爆發和其他恆星現象。但它真正尋找的是一個非常特別的恆星，其光度會變暗然後再變亮。這裡說的可不是變星。

開普勒尋找這個信號的原因是，正常情況下一顆恆星會以特定的溫度輻射能量，我們看到這顆恆星的光度是一定的，如果在我們的視線範圍內，有一顆行星在恆星前面經過（凌日），那麼這顆恆星就會逐漸變暗，在亮度降低幾小時後，又會重新變亮，回到原來的亮度。

單次的凌日事件並不能說明什麼，因為我們需要確保這不是某個星際物體在我們和這顆恆星之間穿過的「烏龍」事件。因此只有觀察到同一物體的多次凌日現象，才能確保我們找到了一顆行星或是一顆發出信號的軌道天體。

對於每一顆發出這樣信號的恆星，開普勒就得到了一個候選行星。

並不是所有的候選行星最終都會確認為行星！只是暫時候選！其中有一些雙星系統，一顆恆星較暗也會造成光度變化，還有少數實際上是巨大的恆星黑子，而其他一些可能只是數據中的隨機波動。

因此需要通過不同的望遠鏡和不同的方法來進行後續的確認，而不僅是通過凌日法，比如恆星擺動或直接對其成像。

最後的確認部分很難！在發現的7348顆候選行星中，只有979顆得到了確認。

這是否意味著我們看到的大部分都是誤報？不是的！事實證明，確認這些行星需要大量的望遠鏡時間來進行觀測，對於我們現有的望遠鏡來說，這是一項艱巨的任務。其中開普勒發現了2000多顆雙星系統！我們完全相信，在4178顆未被拒絕的行星中，90%以上都是真正的行星。

在這些已被證實的行星中，有五顆特別有趣。為什麼？因為它們都是地球大小的小行星（半徑不超過地球的兩倍），位於它們恆星的宜居區域。我們可以從行星凌日的光度變化和周期就能判斷出一顆行星的大小及其軌道範圍。

目前已經確認的系外行星數量

在2015年開普勒數據發布了1000顆已確認的行星（實際上是1004顆），還有另外三顆已確認的行星，它們的體積都不到地球的兩倍，並且位於它們恆星的宜居帶！

到2016年5月10日，開普勒任務已經核實了1284顆新行星。根據它們的大小，大約有550顆可能是岩石行星。其中九顆行星的軌道處在宜居帶。

截至2019年12月4號，美國宇航局行星檔案已經發現4729個行星候選人，其中以確認的有4099顆行星。類地行星有161顆。

這意味著目前總共有161顆可能與地球相似的行星，它們圍繞著自己的母恆星運行，表面可能存在液態水，並且可能存在生命。其中一個行星（Kepler-438b）只比地球大12%，每35.2天繞其（比太陽冷得多的，是一顆紅矮星）恆星運行一周，可能是所有類地條件的最佳潛在候選者！

因此有了開普勒9年所做的一切，到其退役為止完成的任務，以及我們對恆星系統的總體了解，我們能從中得出什麼結論？

我們能否能知道在銀河系中有多少潛在的宜居行星？

首先我們需要考慮兩件事，然後才能簡單地從觀察樣本中得出結論，然後推斷出銀河系中的恆星總數。這兩件事是：

• 如果開普勒有無限的時間和精度，它還能發現什麼？

• 我們知道開普勒永遠看不到什麼?

第一個問題有很多固有的不確定性。

當我們觀察開普勒望遠鏡的實際觀測結果時，我們發現，它天生就偏向於發現以下幾種類型的行星：

• 大行星，因為它們阻擋了更多母星的光，

• 還有小恆星，因為它們阻擋了母恆星更高比例的光，

• 行星軌道非常接近恆星本身，因為這樣會更頻繁地看到凌日現象。

我們對太陽系的形成進行了模擬時，我們發現其實大行星並不多，而小一點的行星占絕大多數，然而當我們觀察開普勒的數據時，一旦小於地球兩倍的大小，發現的比例就會越小。而行星越小也就越難發現。

因為這是開普勒所能看到的極限！開普勒更其他任何儀器一樣，它所能看到的變化的敏感度是有限的。如果一顆恆星，當它的前面有一顆行星經過時，它的亮度會降低1%，這是一個很容易檢測到的變化。但如果這個變化是0.1%呢？0.01% ？0.001% ？

變化越小，檢測就越困難。以像水星這樣的行星為例，儘管它與母星非常接近，但這種變化太小了，開普勒望遠鏡無法捕捉到。

大多數類地行星也是如此。我們往往只能找到距離恆星足夠近、多次繞恆星運行的岩石行星。由於開普勒「只」收集了大約幾年的數據，這很可能意味著在類太陽恆星周圍的宜居地帶有許多行星，在我們觀察它們的時間裡，它們只穿過它們的恆星兩到三次。這就是我們所能看到的一切，而我們認為那就是宜居帶所在的地方！有很多行星我們根本看不到。

根據悲觀的估計，在銀河系中我們有64億個潛在的宜居世界，而根據樂觀的估計，我們有5萬億個潛在的宜居世界！後者的估計可能過於樂觀，但是在我們的太陽系中，我們有兩個，也許是三個（如果包括金星的話）行星處在宜居帶。選擇一個中庸的數字，讓我們得出一個更合理、更現實的估計：僅在銀河系中，有大約400億到800億顆潛在的宜居星球。

這只是將開普勒的發現推到整個銀河系得出來的估計數字，在我們確定之前，還有很多科學工作要做。儘管如此，這也是一個驚人的進步，因為我們已經知道了外面的世界！一個改變地球在宇宙中位置的世界。